Műanyagok feldolgozása, additív technológiák

Szín-vagy anyagváltás, illetve elszennyeződés esetén szükség van a fröccsöntő gép és szerszám tisztítására. Ezt leghatékonyabban kereskedelmi forgalomban kapható tisztító polimerekkel végezhetjük. E téren különösen gondos odafigyelést igényelnek a forrócsatornás szerszámok. Az optimális tisztítóanyag kiválasztása és eljárás a technológiai előírás betartása gyorsabbá teszi az átállást/tisztítást és az ilyenkor keletkező hulladék mennyisége is jelentősen csökken.

Gépkocsikban, orvosi eszközökben, mobiltelefonokban, órákban és más testen hordozható eszközökben egyre gyakrabban alkalmaznak szinte észrevehetetlenül apró – mg tömegű – elemeket, amelyeket folyékony szilikongyantából (LSR, liquid silicone resin) fröccsöntéssel sokfészkes szerszámokban állítanak elő. Gyártásuk rendkívül precíz gyártóberendezéseket és nagy tapasztalatot igényel, mert a hőre lágyuló polimerekkel ellentétben, amelyek ömledéke hűtés hatására szilárdul meg, az LSR-nek a fröccsöntés folyamata alatt a hozzá kevert térhálósítóval kémiai reakció lefutásával kell vulkanizálódnia. Az ausztriai Engel és a németországi KraussMaffei cég az utóbbi években ennek a technológiának specialistái lettek. Publikációnk 1. részében az Engel, lapunk következő számában megjelenő 2. részben a KrausMaffei fejlesztéseiről számolunk be.

A hőformázás a műanyag-feldolgozás egyik legkorábbi technológiáinak egyike. Fejlesztése folyamatos, és ezt napjainkban is intenzíven végzik. A kisebb újítások a fröccsöntő üzemekben történnek, ezek legtöbbször az alkalmazott anyagokat érintik, újabban pl. arra törekszenek, hogy egyre több hulladékból visszanyert műanyagot forgassanak vissza a hőformázott termékekbe. Kutatóintézetekben és nagyvállalatoknál azonban már a 21. század és az Ipar 4.0 technológiai újdonságaival, továbbá a korábbiaknál sokkal igényesebb termékek hőformázására is alkalmas új anyagokkal foglalkoznak.

A fújt fóliákat gyártó extruderek szerszáma fölött elhelyezkedő, hűtőlevegőt adagológyűrűk nagyon fontosak pl. a tömlő stabilitása és a termelékenység fenntartása terén. A gépgyártók különböző megoldásokkal támogatják a felhasználókat. További termelékenységjavulást lehet elérni a német IKV kutatói által kifejlesztett, több egymás felett elhelyezett írisz-gyűrű által kifeszített fólia légterelővel.

Jól ismert, hogy adalékokkal a műanyagok tulajdonságait célirányosan lehet módosítani, javítani. Újdonságnak számítanak a nanokompozitok, amelyekben a nanoanyagok kompaundálása nem kis feladat. Erre új szuszpenziós technológiát is kidolgoztak. Egy másik fejlemény, hogy a vevők egyre kisebb tételeket szeretnének gyártani.

műanyagokban jelenlévő és a polimer degradációjából származó kismolekulájú vegyületek egy része idővel kirakódhat a szerszám falán. A műanyagok kisebb-nagyobb mértékben rátapadhatnak a szerszám falára, ami a darabok kidobását gátolhatja. A szerszámok eltérő anyaga és felületkezelése eltérő tapadást eredményeznek, melynek mérésére német kutatók új, tribometrikus módszert dolgoztak ki.

Az egyre dráguló energia és a környezetvédelmi megfontolások következtében egyre több vállalat kezdett el foglalkozni az egységnyi termék előállításához szükséges energia mennyiségének csökkentésével. Egyrészt a gépgyártók is erre törekednek új fejlesztéseiknél, másrészt a műanyag-feldolgozó üzemek is sokat tehetnek egy megfelelő energiamenedzsment bevezetésével.

A vezérlőrendszerekkel ma már a granulátorok is az „intelligens” fröccsöntő üzem részei. Az alábbiakban a granulátorok vezérlőegységeit gyártó cégek újdonságait ismertetjük. Másik témánk a granulátorok vágókéseinek beállításával, karban tartartásával foglalkozik.

60 évvel ezelőtt a legtöbb műanyag-feldolgozó ugyanazt a csigát alkalmazta különféle műanyagok fröccsöntéséhez vagy extrudálásához. Ma már a legtöbb feldolgozó tudja, hogy minden polimerhez annak tulajdonságaihoz optimált csigát kellene alkalmaznia, ha el akarja érni a legjobb termelékenységet és a legjobb minőséget. Újabban ismét felszínre került a „mindenre jó” (GP) csiga iránti igény. Egyes szakértők szerint ilyen nem létezik, egy csigagyártó viszont már feltalálta. Ilyen csigával szeretnének dolgozni a hulladékfeldolgozók is, mert a nagyon gyakori csigacsere nagy időveszteséggel jár. Nem nagyon biztatják őket, inkább a csigacsere gyorsítását ajánlják nekik.

A folyékony adalékok alkalmazásának a műanyag-feldolgozásban számos előnye lehet, de jó, ha a feldolgozó tisztában van azzal, hogyan kell őket kezelni. Mindenekelőtt a kompaundáláskor alkalmazott adagoló kiválasztásakor érdemes szakértővel konzultálni. Ma már több cég gyárt ilyen adagolókat, és ezek sokféle változata közül lehet az optimálisat kiválasztani.

Pultrudálással alapvetően egyirányban rendeződő szálakkal erősített egyenes és merev profilokat gyártanak. A szálak átitatására eredetileg hőre keményedő gyantát használtak, ma már hőre lágyuló polimerekkel is készülnek pultrudált termékek. Erre a viszonylag egyszerű és költségtakarékos technológiára nagyobb volna az igény, ha nem csak egyenes, hanem pl. hajlított termékeket is lehetne készíteni vele. Az első termék, egy gépkocsiütköző már a piacon van, és vannak további ötletek is.

A nagy műanyag alapanyaggyártók és kompaundáló cégek egyre nagyobb része kezdett bele a 3D nyomtatáshoz szükséges alapanyagok fejlesztésébe és gyártásába, ami jól jelzi, hogy a technológia elérte az ipari érettséget. Ezzel párhuzamosan a nyomtatókat gyártó cégek is egyre újabb, a tömegtermelést is lehetővé tevő berendezéseket fejlesztenek, gyakran stratégiai szövetségre lépve az alapanyag gyártókkal.

Egy fröccsszerszám átadásakor továbbá tárolása, szállítása, illetve használatba vétele és karbantartása során szükség van egy szerszámnaplóra, amelyben az összes, az adott szerszámra vonatkozó információt tárolni kell. A termelés digitalizációjára történő átállásnál célszerű ezeket az információkat a szerszámhoz rögzített módon, digitális formában, könnyen hozzáférhető formában tárolni. A portáldaruval nem rendelkező üzemekben, vagy más okokból, szerszám beemelő kocsikat használnak. Szűk helyen, vagy eltérő irányokban történő becsúsztatáshoz speciális, golyós görgő sorokat tartalmazó mozgató asztal jelentheti a megoldást.

Az extruderek, fröccsöntő gépek és az üreges testeket fúvó berendezések esetében a csiga és/vagy henger kopása rontja a gyártás gazdaságosságát és a termékek minőségét. Egy kritikus ponton túl szükségessé válik cseréjük, ami megfelelő előrejelzés hiányában tervezetlen leállást, jelentős termeléskiesést okoz.

Szinte valamennyi műanyagból lehet habosított lemezeket előállítani, amelyekkel jelentős súlycsökkentés érhető el, de emellett tompítják az ütéseket és kiváló hő- és hangszigetelők. A habok hőállóságát és más specifikus tulajdonságait és így alkalmazási lehetőségeit a különböző területeken a habosításra kerülő polimer tulajdonságai határozzák meg. A gyártók a felhasználók igényeit követve újabb típusokkal jelennek meg a piacon.

Az építési termékek iránti kereslet folyamatosan nő, a profilextrudálással foglalkozó műanyagfeldolgozók a kapacitás bővítésére törekszenek. A kérdés az, hogy ezt több, egy profilt gyártó sorral, vagy egyszerre két profilt gyártó sorral oldják-e meg.

A közműhálózatban alkalmazott műanyag csövekre sokféle követelményt dolgoztak ki, amelyeket a hosszú (általában 50 év) élettartamuk alatt teljesíteniük kell. Az USA-ban érvényes dokumentumok más országok számára is irányadók lehetnek. Az extrudálás vezérlésére és ellenőrzésére újabb műszereket fejlesztettek ki.

Újabban a 3D nyomtatás egyre inkább a kis és közepes sorozatok gyártása irányába tolódik, azonban a legújabb fejlesztések a nagy sorozatok gyártását is lehetővé fogják tenni. Az EOS GmbH új SLS eljárása a hagyományos berendezésekhez képest tízszeres gyorsasággal képes termékeket gyártani. A 3D nyomtatók gyártói felé irányuló általános igény, hogy nyílt, több anyaggyártó termékeit is feldolgozni képes rendszereket dobjanak piacra.

A fröccsöntő szerszámok és forrócsatornás rendszerek kialakításánál a műanyagömledékek öszenyomhatóságát gyakran nem kellő komolysággal veszik figyelembe, noha ez jelentős hatással van a termékek minőségére. Egy másik tényező, hogy a gépi tanulással, automatizált módon elkészíthető minőség-előrejelző modellek fejlesztése kezd reális ipari alternatívává válni.

A lemez extrudálás a műanyag-feldolgozás egyik fontos területe, még ha nem is kap olyan figyelmet, mint a fröccsöntés. Jó minőségű lemezek gyártása megköveteli az extruderrel szemben támasztott követelmények alapos ismeretét mind a már használt, mind új beszerzés esetében.